(57)【要約】【課題】加工能力が向上した物体加工方法および加工装置を提供する。【解決手段】レーザビームを用いて液体中の物体Ｔを加工する物体加工方法において、中空の管状であり先端に内部への液体の侵入を許す開口１３ａが形成されたノズル１３の少なくとも該先端側の部分を液体Ｗに浸してノズル１３の先端を物体Ｔに向けて配置し、レーザビームＬをノズル１３の内部を通過させて物体Ｔに照射することにより、ノズル１３内の液体を通過するレーザビームＬにより発生した気泡Ｂをノズル１３内に留め、気泡Ｂの作用によって物体Ｔの加工を促進する。【選択図】        図１
2013198933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを用いて液体中の物体を加工する物体加工方法であって、
中空の管状であり先端に内部への液体の侵入を許す開口が形成されたノズルの少なくとも該先端側の部分を液体に浸して該ノズルの先端を前記物体に向けて配置し、
前記レーザビームを前記ノズルの内部を通過させて前記物体に照射することにより、該ノズル内の液体を通過するレーザビームにより発生した気泡を該ノズル内に留め、該気泡の作用によって前記物体の加工を促進することを特徴とする物体加工方法。
【請求項２】
レーザビームを用いて液体中の物体を加工する加工装置であって、
レーザビームを生成するビーム生成部と、
中空の管状であり先端に内部への液体の侵入を許す開口が形成されたノズルの少なくとも該先端側の部分が液体に浸されて該ノズルの先端が前記物体に向けて配置され、前記ビーム生成部で生成されて該物体に向かうレーザビームを通過させることにより、該液体を通過するレーザビームにより発生した気泡を内部に留めて該気泡の作用により前記物体の加工を促進させるノズルとを備えたことを特徴とする加工装置。
【請求項３】
前記ノズルは、前記レーザビーム入射側の後端が該レーザビーム通過可能に閉じた中空であることを特徴とする請求項２記載の加工装置。
【請求項４】
前記ノズル内に気体を送り込むことで該ノズル内の液面の高さを調整する気体供給部を備えたことを特徴とする請求項３記載の加工装置。
【請求項５】
前記レーザビームの光路上に配置された、該レーザビームを前記ノズル内の液面よりも手前の位置で収束させる光学部材を備えたことを特徴とする請求項２から４いずれか１項に記載の加工装置。
【請求項６】
前記ノズルが、前記開口を取り巻いて環状に設けられた、前記物体の照射ポイントを取り囲む領域に向かって液体を噴出する噴出口を備えたことを特徴とする請求項２から５いずれか１項に記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを用いて液中の物体を加工する物体加工方法および加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
岩石、コンクリートおよび金属に代表される物体に対し、掘削や切断等の加工を行う加工方法として、物体にレーザを照射する加工方法が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、レーザ誘起力を利用して地層を掘削する掘削方法が開示されている。特許文献１の掘削方法は、レーザを使用して、地下資源賦存層などの液中の地層を掘削するためのものである。液体の透明度が高い場合、レーザは、液中において波長に応じたある程度の距離は透過するが、地層の掘削が進むにつれて液体の濁度が大きくなると、レーザが液中を透過しなくなるという問題がある。特許文献１の掘削方法は、液中でのレーザ照射により発生する第１のレーザの誘起力及び／又は液中でのレーザ照射により発生した気泡群中を透過する第２のレーザの熱作用により、液中の地層を掘削する。ここで、レーザ誘起力は、レーザを液体中で照射した場合に、レーザ誘起現象に基づいて発生する機械的な破壊力を意味する。また、第１のレーザの誘起力は、衝撃波、ジェット流、気泡流若しくは音波、又はこれら２以上の現象の複合に基づく作用力によって得られるものである。また特許文献１には、第１のレーザとして、パルスレーザ又は断続照射された連続波レーザを用いることが示されている。パルスレーザ又は断続照射された連続波は、液中で、レーザ誘起によって生ずる衝撃波、ジェット流、気泡流又は音波を効率よく発生することができる。一方、第２のレーザとして、パルスレーザ、連続波レーザ、またはこれらを併用することが示されている。パルスレーザによる気泡生成については入射エネルギー集中が液体のブレークダウン（破壊）を起し、高温高圧のプラズマと液体の蒸気により気泡が急激に成長し衝撃波が発生する。パルスレーザを用いて、レーザ誘起衝撃波、レーザ誘起ジェット流、レーザ誘起気泡流又はレーザ誘起音波を発生させ、これらの作用力により液中の地層を破砕する。レーザを高強度で放射すると出射端近傍に気泡が形成される。この気泡群の中をレーザを透過させてレーザを地層に照射しレーザにより液中の地層を掘削することができる。パルスレーザでは気泡が消滅するより速い速度でパルスを生起させるとレーザ誘起衝撃波による作用力を発生させることができる。
【０００４】
また、特許文献２には、レーザを用いた岩石の加工方法が示されている。岩石の多くは、その成分中に、石英ガラスや二酸化珪素を含んでいる。通常、このような岩石にレーザを照射すると、レーザの熱量により、石英ガラスや二酸化珪素は溶融ドロスとして析出する。溶融ドロスが一旦析出すると、さらに溶融を促進させるためにレーザを照射しても、反射散乱により、岩石に吸収されるレーザの熱量が不十分となる。従って、穿孔を進行させることが困難となる。また、レーザ照射中に溶融しているドロスは、レーザ照射を停止すると、固化して穿孔を埋めてしまう。特許文献２の加工方法では、レーザ照射により石英ガラスや二酸化珪素が溶融ドロスとなって析出するような岩石に対しても穿孔が可能となる。また、特許文献２の加工方法では、２種類のレーザを用いることなく、単一のレーザで岩石を加工する。特許文献２の加工方法では、レーザ照射位置に液体を介在させ、波長２．０μｍ以上のレーザを照射し、溶融ドロスを飛散させて岩石を加工することを特徴とする。レーザとしては、介在させる液体への吸収率の高いレーザが用いられる。液体への吸収率はレーザの波長に依存し、波長２．０μｍ未満のレーザは液体への吸収率が小さいためである。液体は、透明であると否とを問わない。液体の種類も問わないが、水を用いるのが最も簡易で実用的である。また、特許文献２において、液体をレーザ照射位置に介在させる手段としては、
（ａ）岩石を液中に沈めておく
（ｂ）岩石と対面する面が開放した液体保持容器を岩石面上に貼着し、この容器内に液体を供給しこの液体中を通ってレーザビームを照射位置に照射する
（ｃ）レーザ照射位置に向かって液体噴射ノズル等を設け、液体を供給する
（ｄ）レーザ伝送手段の先端に照射方向に開口したジャケット等を取付け、このジャケットに液体を連続的に供給する、などの手段が挙げられる。
【０００５】
また、非特許文献１には、レーザによって誘起された気泡のエネルギーについて示されている。気泡生成エネルギーは次の式で表すことができる。
【０００６】
【数１】
2013198933.tif 000003
【０００７】
また、非特許文献２には、レーザによる掘削の際に生じる残渣（溶融ドロス等）除去量が、レーザ誘起気泡の崩壊時のジェット流量に依存することが示されている。より詳細には、レーザ誘起気泡の崩壊時のジェット流量による残渣除去量は、気泡に蓄積されるエネルギーの１乗に比例し、気泡の崩壊速度の２乗に反比例する。
気泡に蓄積されるエネルギーＥＢは、次の式で表される。
【０００８】
【数２】
2013198933.tif 000004
【０００９】
また、気泡崩壊時に発生するジェット流量ｍｊは、次の式で表される。
【００１０】
【数３】
2013198933.tif 000005
【００１１】
上記式（２）より、気泡に蓄積されるエネルギーが大きい程、即ちレーザ誘起気泡の体積が大きい程が大きい程、レーザ誘起気泡崩壊時に発生するジェット流量は多くなり、残渣排除量がこれに伴い増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３８５６８１１号明細書
【特許文献２】特許第４２７０５７７号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．３２５４：１９９８年１月発行：ｐ１６８〜１７９，Ａｌｆｒｅｄ  Ｖｏｇｅｌ  他：Ｅｎｅｒｇｙ  ｂａｌａｎｃｅ  ｏｆ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｂｒｅａｋｄｏｗｎ  ｉｎ  ｗａｔｅｒ
【非特許文献２】Ｐａｒｔ  ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｖｏｌ．３２４５：１９９８年１月発行：ｐ４〜１０，Ｒｏｂｅｒｔ  Ｐ．Ｇｏｄｗｉｎ他：Ｌａｓｅｒ  Ｍａｓｓ  Ａｂｌａｔｉｏｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｍｅａｓｕｒｍｅｎｔｓ  Ｉｎｄｉｃａｔｅ  Ｂｕｂｂｌｅ−Ｄｒｉｖｅｎ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ  Ｄｏｍｉｎａｔｅｓ  Ｌａｓｅｒ  Ｔｈｒｏｍｂｏｌｙｓｉｓ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
レーザビームを、液体を介して物体に照射する加工方法においては、レーザビームを通過させる液体が静止していない場合、誘起気泡の生成が妨げられたり、生成した誘起気泡が破壊されるため、誘起気泡の加工対象物への到達が妨げられる。この場合、加工中の加工物のレーザ照射ポイントに加工残渣が堆積する。したがって、新たな加工面が露出せず加工能力が低下する。
【００１５】
本発明は上記問題点を解決し、加工能力が向上した物体加工方法および加工装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成する本発明の物体加工方法は、レーザビームを用いて液体中の物体を加工する物体加工方法であって、
中空の管状であり先端に内部への液体の侵入を許す開口が形成されたノズルの少なくともこの先端側の部分を液体に浸してこのノズルの先端を上記物体に向けて配置し、
上記レーザビームを上記ノズルの内部を通過させて上記物体に照射することにより、このノズル内の液体を通過するレーザビームにより発生した気泡をこのノズル内に留め、この気泡の作用によって上記物体の加工を促進することを特徴とする。
【００１７】
また、上記目的を達成する本発明の加工装置は、レーザビームを用いて液体中の物体を加工する加工装置であって、
レーザビームを生成するビーム生成部と、
中空の管状であり先端に内部への液体の侵入を許す開口が形成されたノズルの少なくともこの先端側の部分が液体に浸されてこのノズルの先端が上記物体に向けて配置され、上記ビーム生成部で生成されてこの物体に向かうレーザビームを通過させることにより、この液体を通過するレーザビームにより発生した気泡を内部に留めてこの気泡の作用により上記物体の加工を促進させるノズルとを備えたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の物体加工方法および加工装置では、液体を通過するレーザビームにより発生した気泡が、レーザビームを照射するノズルによって保護されるため、気泡の生成が促進される。したがって、強化された気泡の衝撃力によって物体の加工が促進される。
【００１９】
また、上記本発明の加工装置において、上記ノズルは、上記レーザビーム入射側の後端がこのレーザビーム通過可能に閉じた中空であることが好ましい。
【００２０】
ノズルの後端が閉じることによって、照射ノズル内の液面すなわち気相−液相界面の高さは照射ノズルの位置によって調整可能となる。つまり、レーザビームの液中通過距離が調整可能となる。このため、レーザ誘起気泡生成エネルギーと水中加工物到達レーザエネルギーとの配分を調整して、加工対象の物体の材料に応じた加工態様を実現することができる。
【００２１】
また、上記本発明の加工装置は、上記ノズル内に気体を送り込むことでこのノズル内の液面の高さを調整する気体供給部を備えたことが好ましい。
【００２２】
ポンプを備えた場合には、照射ノズルの位置を固定したままでも、ノズル内の気圧を積極的に制御することで、気相−液相界面の高さが調整可能となる。
【００２３】
また、上記本発明の加工装置は、上記レーザビームの光路上に配置された、このレーザビームを上記ノズル内の液面よりも手前の位置で収束させる光学部材を備えたものであってもよい。
【００２４】
レーザビームをノズル内の液面よりも手前の位置で収束させることにより、気泡の生成をより促進させることができる。
【００２５】
また、上記本発明の加工装置において、上記ノズルが、上記開口を取り巻いて環状に設けられた、上記物体の照射ポイントを取り囲む領域に向かって液体を噴出する噴出口を備えたものであってもよい。
【００２６】
噴出口を設けることによって、熱伝達率の調整が可能となる。
【００２７】
なお、本発明にいう物体加工方法については、ここではその基本形態のみを示すのに留めるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明にいう物体加工方法には、上記の基本形態のみではなく、加工装置の各形態に対応する各種の形態が含まれる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように、本発明によれば、誘起気泡の発生が促進された物体加工方法および加工装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態の加工装置および加工方法を示す構成図である。
【図２】レーザビームによって、液体Ｗ中に誘起気泡が生成される様子を模式的に示す図である。
【図３】レーザ誘起気泡を測定するための装置を示す構成図である。
【図４】図３に示す装置における、気泡体積の測定結果を示すグラフである。
【図５】第２実施形態の加工装置および加工方法を示す構成図である。
【図６】レーザビームＬが通過する液体Ｗの距離について説明する図である。
【図７】熱穿孔効率の測定に使用した実施例の照射ノズルを示す透視図である。
【図８】ノズル距離をパラメータとして熱効率の測定結果を表したグラフである。
【図９】第３実施形態の加工装置および加工方法を示す構成図である。
【図１０】岩石ごとの加工量（穿孔量）を示すグラフである。
【図１１】第４実施形態の加工装置および加工方法を示す構成図である。
【図１２】液面でのスポット径と、気泡の長さとの関係を示すグラフである。
【図１３】液面でのスポット径と、気泡のとの関係を示すグラフである。
【図１４】第５実施形態の加工装置および加工方法を示す構成図である。
【図１５】図１４に示す照射ノズル９３の先端部分を示す拡大図である。
【図１６】溶融型岩石の加工における、噴流量と加工量の関係を示すグラフである。
【図１７】破砕型岩石の加工における、噴流量と加工量の関係を示すグラフである。
【図１８】第６実施形態の加工装置および加工方法を示す構成図である。
【図１９】第７実施形態の加工装置および加工方法を示す構成図である。
【図２０】ダイヤモンドの波長別透過率を示すグラフである。
【図２１】第１実施形態〜第７実施形態とはさらに別の実施形態の加工装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３１】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の加工装置および加工方法を示す構成図である。図１のパート（ａ）は、第１実施形態の加工装置１を示しており、パート（ｂ）は、照射ノズルなしでレーザビームＬを照射（気中照射）した比較例を示している。
【００３２】
図１のパート（ａ）に示す加工装置１は、レーザビームＬを用いて液体Ｗ中の物体Ｔを加工する加工装置である。加工対象の物体Ｔとしては、例えば岩石、コンクリート、および金属が挙げられる。液体Ｗは、例えば水である。ただし、液体Ｗとしては例えば海水といった、水以外の溶媒・溶液も採用可能である。加工装置１は、物体Ｔとの間に液体Ｗ介在させた状態でレーザビームＬを照射し、物体Ｔを掘削、切断、または破砕する。
【００３３】
加工装置１は、ビーム生成部１１、ビーム伝送部１２、および照射ノズル１３を備えている。
【００３４】
ビーム生成部１１は、物体Ｔに照射するレーザビームＬを生成するレーザ発振装置である。ビーム生成部１１は、少なくとも液体Ｗに吸収される波長を有するレーザを生成する。このようなレーザとしては、例えばＣＯ２レーザ（炭酸ガスレーザ）が挙げられる。ただし、液体Ｗに吸収されるレーザとしては２μｍ以上の波長を有する他の種類のレーザ、例えばＥｒ−ＹＡＧレーザも採用され得る。レーザビームＬは断続的に照射されることで、液体Ｗ中により多くの気泡が生成される。また、ビーム生成部１１は、レーザ発振装置を備え、波長が互いに異なる複数種類のレーザを生成するものであってもよい。例えば、ビーム生成部１１は、液体Ｗへの吸収率が気泡を生じさせる程度に高い波長のレーザビームに加えて、液体Ｗへの吸収率が低い波長のレーザビーム（例えば、Ｎｄ−Ｙａｇレーザ）を生成する。この場合には、一方のレーザを連続的に発生し、他方を離散的にパルス状に発生してもよい。
【００３５】
ビーム伝送部１２は、ビーム生成部１１で生成されたレーザビームを伝送する。ビーム伝送部１２は、例えば、レーザビームを反射する図示しない反射鏡が内蔵された筒状である。
【００３６】
照射ノズル１３は、ビーム生成部１１で生成されビーム伝送部１２で伝送されたレーザビームＬを物体に向けて照射する器具である。照射ノズル１３の先端には、開口１３ａが設けられた筒状である。先端の開口１３ａは、照射ノズル１３の先端側の部分を液体に浸した時に照射ノズル１３への液体Ｗの侵入を許容する。照射ノズル１３は、先端側の部分が、液体Ｗの一部が開口から内部に入った状態で物体Ｔを向け、液体Ｗ中に配置される。
【００３７】
ビーム生成部１１で生成されたレーザビームＬが照射ノズル１３の内部を通って物体Ｔに照射されると、到達したレーザのエネルギー、物体Ｔの照射ポイントが加工される。また、レーザビームＬが液体Ｗ中を通過する際、レーザビームＬのエネルギーの一部が液体Ｗに吸収され、液体Ｗ中に誘起気泡Ｂが生成される。誘起気泡Ｂは、吸収されたエネルギーの熱に起因するものや、レーザの衝撃波に直接起因して疎密波中にできるものがある。誘起気泡Ｂの衝撃波の作用によって物体Ｔの加工が促進される。
【００３８】
図２は、レーザビームによって、液体Ｗ中に誘起気泡が生成される様子を模式的に示す図である。気泡（または気泡群）Ｂは、レーザビームＬの光路に沿って生じる。より詳細には、気泡Ｂは、液体Ｗの液面近くから物体Ｔに向かって、レーザビームＬの進行方向Ｚに急速進行するように成長する。気泡Ｂが急激に生成することで衝撃波が発生し、また、この気泡Ｂが急激に消滅することで衝撃波が発生する。気泡Ｂの衝撃波によって、物体Ｔの加工が促進される。例えば、物体Ｔが海底の岩石の場合、レーザビームＬの照射によって岩石の穿孔とともにガラス状の析出物であるドロスが析出し、レーザビームＬの到達を妨げる。気泡Ｂの衝撃波によってドロスが破砕されることで、レーザビームＬが照射ポイントのさらに奥に到達する。
【００３９】
しかし、ここで仮に液体Ｗが流動すると、気泡Ｂの生成が妨げられたり、生成した気泡Ｂが容易に破壊されたりする事態となる。この結果、気泡Ｂによる加工能力が衰えることとなる。
【００４０】
本実施形態の加工装置１は、筒状の照射ノズル１３の、開口１３ａが設けられた先端側の部分が液体Ｗ中に配置されているので、レーザビームＬが通過する液体Ｗの部分は照射ノズル１３に囲まれる。このため、レーザビームＬが液体中を通過することによって生じた気泡Ｂは、照射ノズル１３に囲まれ留められ、流動および破壊から保護される。また、照射ノズル１３によって気泡Ｂの拡散も抑えられ、レーザビームＬの通過によって上昇した水温の低下も抑えられる。したがって、レーザビームＬによる気泡Ｂの生成が促進されて気泡Ｂが物体Ｔに到達し、気泡Ｂの衝撃波による物体Ｔの加工が促進される。
【００４１】
［測定例］
ここで、液体の流動がレーザビームによる気泡の生成に与える影響について、測定例を挙げて説明する。
【００４２】
図３は、レーザ誘起気泡を測定するための装置を示す構成図である。
【００４３】
図３に示す観測装置２は、観察用水槽２１、循環水槽２２、および供給管２３を備えている。観察用水槽２１には水が入っており、この水の上からレーザビームＬが下向きに照射される。レーザビームＬは、水面を突き抜けて水の中を通過することとなる。なお、観測装置２の上方には、レーザビームを収束させるレンズ２４も備えられている。レンズ２４と水面との距離を変化させることで、レーザビームＬの収束位置（焦点）が調整される。
【００４４】
循環水槽２２は観察用水槽２１の下方に配置されており、循環水槽２２の底から水が落下する。供給管２３は、循環水槽２２から観察用水槽２１の上方まで延びている。循環水槽２２水槽の水は、図示しないポンプの働きによって供給管２３内を上昇し、観察用水槽２１の上部から供給される。つまり、観察用水槽２１内の水は、レーザビームＬの進行方向に、つまり上から下に流れる。なお、循環水槽２２の底には図示しないバルブも設けられており、このバルブの開閉と図示しないポンプの動作を制御することで、観察用水槽２１内の水の流れを止め静水状態とすることもできる。
【００４５】
観察用水槽２１内の水にレーザビームＬを照射するとともに、観察用水槽２１内の水を横から高速度カメラで撮影し、撮影した画像から気泡の長さと幅を測定し、気泡の体積を算出した。
【００４６】
測定は、観察用水槽２１内の水を流水状態とした場合と静水状態とした場合について行った。レーザビームＬはＣＯ２レーザとした。また条件として、周波数１０Ｈｚ、デューティ比５０％のパルスレーザ（照射熱量２５０Ｊ／ｓｈｏｔ）を照射した場合と、周波数１０Ｈｚ、デューティ比８０％のパルスレーザ（照射熱量４００Ｊ／ｓｈｏｔ）を照射した場合とについて測定した。照射時間は１秒間（つまり１０ｓｈｏｔ）とした。
【００４７】
また、レンズ２４の位置を変化させ、水面に対するレーザビームＬの収束位置を変えて測定を行った。
【００４８】
図４は、図３に示す装置における、気泡体積の測定結果を示すグラフである。
【００４９】
グラフにおいて、水面に対するレーザビームＬの収束位置は、水面でのレーザのスポット径として示されている。０ｍｍのスポット径は、レーザビームＬが水面で収束した状態を意味する。
【００５０】
図４のグラフから、静水中では、流水中に比べ気泡体積が大きいことが判る。この理由は次のように考えられる。流水中では、レーザが照射され通過する水が常時入れ替わり、レーザの照射されていない低温の水が常に供給される。流水中は静水中に比べて水が暖められにくくなり、静水時より流水時の方がレーザ誘起気泡の体積は小さくなっている。また、流水中では、レーザ誘起気泡が最大体積に成長する前に流水により破壊される事が要因にもなっている。
【００５１】
図１に示した実施形態の加工装置１では、照射ノズル１３内の液体が、上述した静水の状態に近いため、照射ノズル１３の無い場合に比べて気泡が大きく成長する。
【００５２】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の第２実施形態の説明にあたっては、前述の実施形態との相違点について説明する。
【００５３】
図５は、第２実施形態の加工装置および加工方法を示す構成図である。図５のパート（ａ）は、第２実施形態の加工装置３を示しており、パート（ｂ）は、照射ノズルなしでレーザビームＬを照射（気中照射）した比較例を示している。
【００５４】
図５に示す加工装置３の照射ノズル３３は、図１に示す照射ノズル１３と同様の筒状であるが、レーザビームＬがビーム伝送部１２から入射してくる入射側、すなわち、開口３３ａが設けられた先端とは反対側の後端３３ｂが、気密に閉じられている。後端３３ｂは、レーザビームＬが通過可能となっている。より詳細には、後端３３ｂは、レーザビームＬの波長において透過性を有する材料で閉じられている。したがって、照射ノズル３３内の空気は、液体Ｗによって閉じ込められた状態となっている。
【００５５】
本実施形態の加工装置３は、照射ノズル３３の後端３３ｂが閉じられているため、内部の空気の圧力が一定であれば、照射ノズル３３内の液面すなわち気相−液相界面の高さＷｈが、照射ノズル３３の位置によって調整される。照射ノズル３３内の液面の高さＷｈは、レーザビームＬが物体Ｔに照射されるまでに通過する液体Ｗ中の距離を決定している。したがって、照射ノズル３３の位置によって、レーザビームＬが液体Ｗ中を通過する距離が調整可能となっている。本実施形態の照射ノズル３３は、開口３３ａが設けられた先端側を下方に向けて配置されているが、照射ノズル３３は水平よりも下向きであれば、斜めを向けて配置することも可能である。
【００５６】
ここで、レーザビームＬが通過する液体Ｗの距離によって、レーザビームによる加工の態様を変化させる方法について説明する。
【００５７】
図６には、レーザビームＬが通過する液体Ｗの距離について説明する図である。図６のパート（ａ）には、照射ノズルの先端が液体Ｗの液面に位置しており、レーザビームＬが液体Ｗの液面から物体Ｔまで通過する状態が示されている。パート（ｂ）には、照射ノズルの先端部が、液体Ｗの液面に入り、照射ノズル内の液面の高さＷｈが外の液面よりも低下した状態が示されている。また、パート（ｃ）には、照射ノズルの位置がパート（ｂ）より低下し、照射ノズル内の液面の高さＷｈもさらに低下した状態が示されている。
【００５８】
図６のパート（ａ）からパート（ｃ）までに示すように、液面から水中加工物までの水深Ｌを一定とすれば、ノズル内気相圧と、ノズル先端−水中加工物までの距離を調整する事により、レーザ誘起気泡体積を調整する事ができる。これにより、レーザ誘起気泡に蓄積されるエネルギー、水中加工物到達レーザエネルギー、残渣排除能力を調整する事が可能となる。図６において、
Ｐ０：  レーザ照射エネルギー
ＰＢ：  レーザ誘起気泡生成エネルギー
ＰＲ：  水中加工物到達レーザエネルギー
とすれば、レーザ照射エネルギーＰ０は、レーザ誘起気泡生成エネルギーＰＢと水中加工物到達レーザエネルギーＰＲの和で表す事ができる。
Ｐ０＝ＰＢ＋  ＰＲ          ―（４）
式（４）から、レーザ照射エネルギーＰ０から、レーザによる気泡生成エネルギーＰＢを控除した残余が水中加工物到達レーザエネルギーＰＲである。レーザ誘起気泡生成エネルギーＰＢを調整する事により水中加工物到達エネルギーＰＲを調整する事ができる。
【００５９】
図６のパート（ａ）は、ノズル先端を水面に一致させた参考例を示す。この時、ノズル内気相−液相界面は照射ノズル４３の先端に一致している。レーザ照射エネルギーＰ０は、液面に到達するとエネルギーＰＢを費やしてレーザ誘起気泡を生成し水中加工物に到達する。レーザ照射エネルギーから気泡生成エネルギーＰＢを差し引いた残余のレーザエネルギーが加工物到達エネルギーＰＲとなる。照射ノズル４３の先端と水中加工物の距離を図６のパート（ｂ）では、ｄ２に、図６のパート（ｃ）では、ｄ３に調整している。この時、更にノズル内の気相圧を調整して気相―液相の界面位置を調整する事により、レーザ誘起気泡生成エネルギー、水中加工物到達エネルギーを調整する事が可能となる。気相―液相の界面位置を調整する事により、レーザ誘起気泡生成エネルギーＰＢを調整する事ができる。レーザ誘起気泡生成エネルギーＰＢは、レーザ誘起気泡体積が大きい程、大きくなるため、レーザ誘起気泡崩壊時に発生するジェット流量ｍｊが大きくなり残渣排除能力が大きくなる（上述の式（３）参照）。
【００６０】
照射ノズルを使用して照射ノズル４３内における気相―液相界面と水中加工物までの距離の調整と、照射ノズル内気相圧の調整により、レーザ誘起気泡生成エネルギー、水中加工物到達エネルギーの配分を調整する事ができる。レーザ誘起気泡内に蓄積されるエネルギーＥＢの調整は、水中加工物到達レーザエネルギーＰＲの調整を意味する。また照射ノズル内の気相圧調整、照射ノズル内の気相―液相界面と水中加工物までの距離の調整は、レーザ誘起気泡崩壊時に発生するジェット流量ｍｊを調整する事になるため、残渣排除能力を調整する事が可能となり、加工効率の調整を図る事ができる。
【００６１】
液体への吸収率が高い波長を有するレーザを用い、レーザ誘起力を利用して水中加工物を加工する場合に、レーザ照射による水中加工物からの残渣を排除して新たな加工面を露出して効率的な加工を行うには照射ノズルを用いる事が有効である。また、照射ノズルの入射側の後端を気密に閉じ、水中加工物までの液体中の距離に影響する照射ノズル内の液面の高さを調整することで、加工効率が調整される。
【００６２】
再び図５を参照して、第２実施形態の加工装置３について説明する。図５に示す加工装置３は、照射ノズル３３の後端３３ｂが閉じられているため、照射ノズル３３の高さを固定しても、内部の空気の圧力によって、照射ノズル３３内の液面の高さＷｈが調整される。したがって、内部の空気の圧力によって、レーザビームＬが通過する液体Ｗの距離が調整可能される。
【００６３】
例えば、図５のパート（ａ）に示す照射ノズル３３の場合、レーザビームＬが照射されることによって照射ノズル３３内に蒸気圧が発生する。この蒸気圧によって、照射ノズル３３内の液面の高さＷｈが低下する。レーザビームＬの照射量によって、レーザビームＬが通過する液体Ｗの距離が調整可能となる。
【００６４】
図５のパート（ａ）に示す構成の照射ノズルと、パート（ｂ）に示す、照射ノズルなしでレーザビームＬを照射した場合（気中照射）とで、レーザ誘起気泡比較を行った。レーザ照射条件は、周波数１０Ｈｚ、デューティ比８０％のパルスレーザ（照射熱量６４０Ｊ／ｓｈｏｔ）とした。
【００６５】
図５のパート（ｂ）に示す気中照射時のレーザ誘起気泡最大長さは、液面より６０．３ｍｍであった。これに対し、パート（ａ）に示すノズル装着時（ノズル水深９０ｍｍ、ノズル内液相）のレーザ照射時、レーザ誘起気泡最大長さは液面より１１０．４ｍｍであった。ノズルを装着することによりレーザ誘起気泡最大長さが伸び、ノズル装着効果がある事を示している。また、レーザ照射時にノズル内に蒸気圧が発生しレーザが入射する液面を押し下げため、液面から測定したレーザ誘起気泡長さが伸びた。このように、レーザ誘起気泡生成効果は、ノズルを使用する事により大きくなる事が確認できた。
【００６６】
液体への吸収率が高い波長を有するレーザによりレーザ誘起力を利用して水中加工物を加工する場合に、レーザ照射による水中加工物からの残渣を排除して新たな加工面を露出して効率的な加工を行うには、ノズルを用いる事が有効である事が分かる。
【００６７】
［レーザビームの液中通過距離と熱穿孔効率の測定］
ここで、液中のレーザビーム通過距離と熱穿孔効率について測定した。
【００６８】
図７は、熱穿孔効率の測定に使用した実施例の照射ノズルを示す透視図である。なお、図７では、照射ノズルに接続されるビーム生成部等の図示は省略している。熱穿孔効率の測定では、２種類の照射ノズル５３，６３が用いられた。図７中、左の照射ノズルを照射ノズル５３とし、右の照射ノズルを照射ノズル６３とする。照射ノズル５３，６３の内径は互いに異なる。照射ノズル５３，６３の高さを変えることで、レーザビームが液体Ｗ中を通過する距離を変えながら、レーザビームを岩石試料に照射して、熱穿孔効率を測定した。レーザ照射条件は、レーザ出力５ｋｗ、周波数１０Ｈｚ、Ｄｕｔｙ比８０である。また、岩石試料に花崗岩を使用した。
【００６９】
図８は、ノズル距離をパラメータとして熱効率の測定結果を表したグラフである。
【００７０】
図８のグラフに示すように、照射ノズル５３，６３のいずれについてもノズル距離（照射ノズル先端−岩石加工表面）は短いほど穿孔熱効率が高くなった。その理由は、ノズル距離が短いほど、すなわち、レーザビームの液中通過距離が短いほど、気泡生成エネルギーが少なくなり、岩石に到達するレーザエネルギーが大きくなるからである。
【００７１】
また、ノズル内径によっても穿孔熱効率が異なる事が分かる。図８の照射ノズル６３のデータから、ノズル距離と穿孔熱効率との関係は、線形でなく非線形の傾向を有する。
【００７２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の第３実施形態の説明にあたっては、これまで説明してきた第２実施形態における各要素と同一の要素には同一の符号を付けて示し、前述の実施形態との相違点について説明する。
【００７３】
図９は、第３実施形態の加工装置および加工方法を示す構成図である。図９のパート（ａ）〜パート（ｃ）には、加工装置７の照射ノズル７３における、３つの状態が示されている。図９では、ビーム生成部等他の構成については図示を省略している。
【００７４】
図９に示す加工装置７の照射ノズル７３は、第２実施形態と同様に、後端７３ｂが気密に閉じている。照射ノズル７３には、照射ノズル７３内圧力（内気層圧）を調整するポンプ７４が設備されている。照射ノズル７３の側壁には、ポンプ７４から送り込まれる気体をこの照射ノズル７３内に導く送気路７３ｃが貫通している。図９に示す加工装置７では、照射ノズル７３内気相を積極的に調整することにより、物体の加工量を調整する。より詳細には、ポンプ７４から送り込まれる気体の圧力を制御することで、照射ノズル７３内の気体の圧力を調整し、照射ノズル７３内の液面の高さを調整する。これによって、照射ノズル７３自体の高さを固定したまま、レーザビームの液体Ｗ中透過距離を調整する。ポンプ７４は、本発明にいう気体供給部の一例に相当する。ポンプ７４から照射ノズル７３に送り込まれる気体は、例えば空気であるが、空気以外の例えば窒素、アルゴン、ヘリウム等であってもよい。
【００７５】
図９のパート（ａ）では、ノズル内気相圧が大気圧に等しくなっている。図９のパート（ｂ）では、ポンプ７４を作動させてノズル内気相圧を大気圧より高めることによって、ノズル内の気相―液相界面（液面）位置を、ノズル外の液面よりも低下させている。図９のパート（ｂ）では、ノズル内気相圧をさらに高めることによって、気相―液相界面（液面）位置をさらに低下させている。なお、図９のパート（ｂ）およびパート（ｃ）の状態とは逆に、ポンプ７４の作用によりノズル内気相圧を大気圧より低めることで（陰圧状態）、ノズル内の気相―液相界面（液面）位置を、ノズル外の液面よりも上昇させる場合もある。
【００７６】
ここで、図９に示すように、照射ノズル７３の先端を、液面から４０ｍｍの位置に固定したまま、気相―液相界面（液面）位置を調整しながらレーザビームを照射し、液面中に生じる気泡の大きさ、具体的には気泡の、ノズル外の液面からの長さを測定した。レーザ照射条件は、周波数１０Ｈｚ、Ｄｕｔｙ比は８０％、６４０Ｊ／ｓｈｏｔにて行った。
【００７７】
図９のパート（ａ）に示すように、ノズル内気相圧が大気圧に等しく、ノズル内の気相―液相界面位置がノズル外の液面と等しい状態では、最大気泡長さは液面より７１．８ｍｍであった。同図パート（ｂ）の場合、最大気泡長さは液面より１１１．２ｍｍであった。同図パート（ｃ）の場合、最大気泡長さは、液面より１３１．０ｍｍであった。ノズル内気相圧を大気圧と等しくした場合より、ノズル内の気相圧を高くすることにより、より勢いのある気泡が生成できることが明らかとなった。以上の結果より、ノズル内気相圧を調整する事で気泡生成の大きさをコントロールできることが判明した。
【００７８】
［加工対象の種類とレーザ誘起気泡生成量の関係］
次に、図９に示す構成の照射ノズル７３を用い、ノズル内気相圧の調整の、物体の加工量に対する影響を把握する為の実験を行った。レーザ照射条件は、レーザ出力４．６４ｋＷ、Ｄｕｔｙ比は８０％、周波数１０Ｈｚ、にて行った。水中加工する物体として岩石、具体的には、花崗岩、砂岩、石灰岩、安山岩、玄武岩、石灰岩、泥岩を使用した。また、加工量として、物体に形成された孔の容積（穿孔量）を測定した。
【００７９】
図１０は、岩石ごとの加工量（穿孔量）を示すグラフである。
【００８０】
それぞれの岩石において、照射ノズル７３の気相圧力を調整する事により加工量を増加させる事ができた。
【００８１】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下の第４実施形態の説明にあたっては、前述の実施形態との相違点について説明する。
【００８２】
図１１は、第４実施形態の加工装置および加工方法を示す構成図である。図１１には、加工装置８の照射ノズル８３が示されており、ビーム生成部等他の構成については図示を省略している。
【００８３】
図１１に示す加工装置８の照射ノズル８３の、レーザビームＬが入射してくる後端８３ｂには、レーザビームＬを収束させる、透過系光学素子であるレンズ８４が設けられている。レンズ８４は本発明にいう光学部材の一例に相当する。ここで、「レーザビームＬを収束させる」とは、レーザビームのビーム径を絞り、ある位置で最小径となるようにすることを意味する。平行ビームがレンズ８４に入射される場合、レーザビームＬはレンズ８４の焦点に収束する。以降、レーザビームＬが収束する位置を単に焦点とも称する。
【００８４】
レンズ８４は、レーザビームＬを照射ノズル８３内の気相―液相界面（本実施形態では、照射ノズル８３外における液面と等しい高さ）以外の場所で収束させ、気相―液相界面において収光しない（つまりデフォーカス）。より詳細には、レンズ８４は、レーザビームＬを、照射ノズル８３内の気相―液相界面よりも手前の位置、つまり気層内で収束させる。本実施形態の照射ノズル８３は、気相―液相界面（液面）よりも奥の位置でレーザビームＬを収束させる場合に比べて、液体Ｗ中の気泡が大きい。この理由としては、レーザビームＬを気相―液相界面（液面）よりも手前で収束させることで、液体Ｗ中では、レーザビームＬ光路が絞られた後の広いビーム径を有するため、より広範囲に気泡が成長するためと考えられる。
【００８５】
［レーザビームの収束位置と気泡生成量］
ここで、レーザビームの焦点、すなわちビーム径が最小径となる収束位置の、気泡の生成量への影響について確認した。ここでは、図１１の構成において、レーザビームの最小径（焦点）の位置が液面より上にある場合と下にある場合のケースについて実験を行った。レーザ照射条件は、レーザ出力５ｋｗ、周波数１０Ｈｚ、Ｄｕｔｙ比を５０％および８０％の２種類とした。レンズ８４の位置を変えて、液面でのスポット径Ｓ１と、レーザ誘起気泡の長さ及び幅の関係を測定した。
【００８６】
図１２は、液面でのスポット径と、気泡の長さとの関係を示すグラフであり、図１３は、液面でのスポット径と、気泡のとの関係を示すグラフである。なお、グラフの横軸において、レーザビームの最小径（焦点）位置が液面より下にある場合のスポット径をマイナスの値で表している。
【００８７】
図１２，１３のグラフに示すように、レーザビームの最小径（焦点）位置により、レーザ誘起気泡生成状態に影響を与える事が判明した。レーザビームの最小径（焦点）位置が水面より上に位置する場合は明らかにレーザ誘起気泡幅が大きくなる結果が得られた（図１３参照）。レーザ照射によりより大きな誘起気泡を生成するには、レーザ光の焦点位置を液面より上に位置する照射条件が好ましい。レーザ誘起気泡の生成体積が大きい程、残渣排除機能が高まるからである。
【００８８】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。以下の第５実施形態の説明にあたっては、これまで説明してきた実施形態との相違点について説明する。
【００８９】
図１４は、第５実施形態の加工装置および加工方法を示す構成図である。図１４には、加工装置９の照射ノズル９３が示されており、ビーム生成部等他の構成については図示を省略している。
【００９０】
照射ノズル９３の先端には、レーザビームＬが通過する開口９３ａを取り巻いて環状に設けられた噴出口９５が設けられている。また、照射ノズル９３には、噴出口９５に液体Ｗを供給するポンプ９６も備えられている。ポンプ９６は、照射ノズル９３の外から液体Ｗを汲み上げ、噴出口９５から物体Ｔに向かって噴出させる。
【００９１】
図１５は、図１４に示す照射ノズル９３の先端部分を示す拡大図である。
【００９２】
噴出口９５からは、物体Ｔの照射ポイントＰを取り囲む環状の領域に向かって液体が噴出する。したがって、物体Ｔの照射ポイントＰ近傍には、レーザビームＬによって生成された気泡Ｂを取り囲む円環状噴流Ｆ１が生じる。この円環状噴流Ｆ１によって、気泡Ｂを照射ポイントＰに向かって押しだす誘起気泡押出流Ｆ２も生じる。また、また円環状噴流Ｆ１によって、熱伝達率が調整される。噴流による熱伝達率の調整については、社河内敏彦著「噴流工学−基礎と応用」（２００４年１１月３０日森北出版株式会社発行）に示されている。
【００９３】
加工装置のレーザビーム照射によって岩石を加工する岩石加工態様は、溶融型、破砕型に大別できる。溶融型の加工によってより効率的に加工できる岩石を溶融型岩石と称し、破砕型の加工によってより効率的に加工できる岩石を破砕型岩石と称する。
【００９４】
溶融型岩石を加工する場合、レーザ照射による熱の拡散を抑える事により溶融部分を増加させ、加工能率を向上する事が好ましい。これに対し、破砕型岩石を加工する場合は、レーザ照射による熱を積極的に拡散させる事により、溶融を防いで破砕量を増加させる事が好ましい。
【００９５】
本実施形態の加工装置９によれば、照射ノズル９３によって、レーザビームＬを取り囲む円環状噴流（レーザ誘起気泡を取り囲む噴流）を生じさせることができる。噴流量を調整して被加工物の熱伝達率を調整する事が可能となる。そのため、溶融型岩石および破砕型岩石の双方に適した加工の能力を調整する事が可能となる。
【００９６】
［噴流量と加工量の測定］
ここで、図１４，１５に示す構成の加工装置を用いて、レーザビームを複数種類に岩石に照射し、噴流量と加工量の関係を測定した。
【００９７】
測定においては、レーザビームＬとして、ＣＯ２レーザとＬＤレーザの２つのレーザを同時に照射した。この場合のＣＯ２レーザは、液体への吸収率の高いレーザであり、ＬＤレーザは、液体への吸収率の低いレーザである。ＣＯ２レーザ照射によりレーザ誘起気泡が生成され、このレーザ誘起気泡内を、ＬＤレーザ照射によるＬＤレーザ光が透過して水中岩石に照射される。
【００９８】
図１６は、溶融型岩石の加工における、噴流量と加工量の関係を示すグラフである。また、図１７は、破砕型岩石の加工における、噴流量と加工量の関係を示すグラフである。
【００９９】
図１６のグラフは、溶融型岩石の場合、噴流量の増加に伴い溶融型岩石加工量が減少した事を示している。図１７のグラフは、破砕型岩石の場合、噴流量の増加に伴い破砕型岩石の加工量が増加した事を示している。
【０１００】
本実施形態の照射ノズル９３（図１４，１５参照）を使用して溶融型の岩石を加工する場合は、噴流量を減少させる事により熱伝達率を小さくして熱の拡散を防ぎ岩石溶融量を増加させる事が可能となる。破砕型の岩石を加工する場合は、噴流量を増加させる事により熱伝達率を大きくして熱を拡散させる事により破砕効率を向上させ岩石破砕量を増加させる事が可能となる。
【０１０１】
［第６実施形態］
図１８は、第６実施形態の加工装置および加工方法を示す構成図である。
【０１０２】
図１８に示す加工装置１００は、照射ノズル１１３の他に、上述した実施形態と同様、ビーム生成部１１１およびビーム伝送部１１２を備えている。
【０１０３】
照射ノズル１１３は、先端に開口１１３ａが設けられた筒状であり、後端１１３ｂは、レーザビームＬが通過可能に閉じられている。本実施形態の照射ノズル１１３の先端部分は、途中まで窄まり、さらにそこからラッパ状に広がった形状を有している。
【０１０４】
照射ノズル１１３内からは、液体Ｗ中に存する加工物Ｔ（例えば岩石）を加工するためのレーザビームＬが照射される。照射ノズル１１３内には、レーザビームＬを反射しながら先端に導くミラー１１７ａ，１１７ｂが設けられている。レーザビームＬは、ミラー１１７ａ，１１７ｂで反射して液体Ｗに到達する。
【０１０５】
また、照射ノズル１１３には、ポンプ１１４が設けられている。ポンプ１１４は、送気路１１３ｃを介して照射ノズル１１３内に繋がっている。ポンプ１１４は、照射ノズル１１３内の圧力を調整することにより、照射ノズル１１３内の液体Ｗと気体との界面の高さ（液面）を調整する。これにより、レーザビームＬが液体中を通過する距離ｄ９が調整される。レーザビームＬにより生成されたレーザ誘起気泡Ｂの崩壊力により加工物Ｔである岩石の加工部から生じる溶融ドロス等の加工残渣を排除できる。
【０１０６】
照射ノズル１１３の先端には、開口１１３ａを取り巻いて環状に設けられた噴出口１１５が設けられている。噴出口１１５には、ポンプ９６から液体Ｗが供給される。噴出口１１５からの流体Ｆ（液体Ｗ）の流量調整により熱伝達率を調整する事ができる。加工物Ｔが、溶融型岩石（玄武岩、安山岩等）の場合は、流体Ｆの流量を少なくする事により熱伝達率を小さくし、これにより溶融量を増加させる事ができる。これに対し、加工物Ｔが破砕型岩石（花崗岩、砂岩等）の場合は、流体Ｆの流量を多くする事により熱伝達率を大きくし、これにより岩石破砕量を増加させる事ができる。
【０１０７】
照射ノズル１１３から照射されるレーザは、液体への吸収率の高い１種類のレーザのみとしても良いし、液体への吸収率の高いレーザと液体への吸収率の低いレーザを合波しても良い。ここで、液体への吸収率の高いレーザとしては、波長２．０μｍ以上のレーザが好ましい。波長２．０μｍ以上のレーザとしては、例えば、Ｈｏ−ＹＡＧレーザ、ＣＯレーザ、ＣＯ２レーザ等が挙げられる。また、液体への吸収率の低いレーザとしては、例えば、半導体レーザ、Ｎｄ−Ｙａｇレーザ、Ｆｉｂｅｒレーザに代表される波長が２．０μ以下で石英ファイバで伝送可能なレーザが挙げられる。
【０１０８】
［第７実施形態］
図１９は、第７実施形態の加工装置および加工方法を示す構成図である。以下の第７実施形態の説明にあたっては、第６実施形態における各要素と同一の要素には同一の符号を付けて示し、第６実施形態との相違点について説明する。
【０１０９】
図１９に示す加工装置２００は、図１８に示した第６実施形態の加工装置１００に対し、ミラー１１７ａ，１１７ｂ（図１８参照）の代わりに、透過系光学素子であるレンズ２１８が設けられている。レンズ２１８は、レーザビームＬを、照射ノズル２１３内の気相―液相界面よりも上の位置で収束させる位置に設けられている。また、レンズ２１８と、照射ノズル２１３の先端の開口２１３ａとの間には、保護窓２１９が設けられている。保護窓２１９は、加工中に残渣が飛散した場合にレンズ２１８を保護する事を目的とする。
【０１１０】
ここで、レンズ２１８の材料として、ＺｎＳｅ（ジンクセレン）を使用する場合は、液体への吸収率の高いレーザのみで行う必要がある。ＺｎＳｅには、液体への吸収率の高いＣＯ２レーザは透過するが、液体への吸収率の低いＮｄ−Ｙａｇ  レーザ、Ｆｉｂｅｒ  Ｌａｓｅｒは透過しない。従ってＺｎＳｅを使用する場合は、液体への吸収率の高いレーザ（ＣＯ２レーザ等）のみで行う必要がある。
【０１１１】
これに対し、レンズ２１８の材料として、ダイヤモンドを使用する場合は、レーザは、液体への吸収率の高い波長を有するレーザと液体への吸収率の低いレーザを合波したレーザとしても良い。
【０１１２】
図２０は、ダイヤモンドの波長別透過率を示すグラフである。
【０１１３】
ＣＯ２レーザの波長は１０．６μであり、液体への吸収率の高いが、ダイヤモンドへの透過率は７２％である。Ｎｄ−Ｙａｇレーザ、及びＦｉｂｅｒ  Ｌａｓｅｒの波長は、１．０６４μｍであり、液体への吸収率は低いが、透過率は６８％程度に留まる。従ってダイヤモンドを使用する場合は、２種類のレーザを用い、液体への吸収率の高いレーザ（ＣＯ２レーザ等）でレーザ誘起気泡Ｂを生成させて、液体への吸収率の低いレーザはレーザ誘起気泡Ｂ中を透過して加工物Ｔに照射する事ができる。
【０１１４】
本実施形態の加工装置２００におけるこの他の点は、第６実施形態の加工装置１００（図１８参照）と同様である。
【０１１５】
これまで説明した実施形態の加工装置によれば、気中照射とは異なり、照射ノズルによりレーザ誘起気泡の生成体積を制御し、レーザ誘起気泡生成体積により決まる残渣排除能力を調整する事ができる。その結果、残渣を効率的に排除する事により加工速度を向上させる事が可能となる。更に、噴流量の調整により熱伝達率を調整して、水中加工物の特性に応じた加工状況を作り出す事により加工効率を向上させる事ができる。
【０１１６】
なお、上述した実施形態には、本発明にいうノズルの例として、レーザビームを導くミラー１１７ａ，１１７ｂまたはレンズ２１８を内蔵した照射ノズル１１３，２１３が示されている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、ミラーまたはレンズは、照射ノズルではなく、ビーム伝送部に設けられた構成であってもよい。
【０１１７】
また、上述した実施形態には、本発明にいうノズルの例として、気体を送り込むポンプや、液体を供給するポンプが設けられた照射ノズルが示されている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、これらのポンプは照射ノズル以外の部分、例えば、ビーム伝送部やビーム生成部に設けられていてもよい。
【０１１８】
また、本発明にいうノズルの断面は、円形であってもよく、また、矩形等の多角形であってもよい。
【０１１９】
また、上述した実施形態には、本発明にいうノズルの例として、下方を向けた照射ノズルが示されている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、照射ノズルは水平方向でも、または、斜め方向に向いたものであってもよい。
【０１２０】
図２１は、上述した実施形態とはさらに別の実施形態の加工装置を示す図である。図２１の加工装置３００は、物体Ｔの垂直面を加工する。物体Ｔは、例えば、原子炉の遮蔽コンクリートである。図２には、加工装置３００のうち照射ノズル３０３が示されている。
この照射ノズル３０３には、照射ノズル３０３内の気層圧を調整するポンプ３０４が送気路３０３ｃを介して接続されている。また、加工装置３００には、加工対象である物体Ｔの照射ポイントＰを覆う隔壁３０６が設けられている。隔壁３０６は内部に液体Ｗを保持している。隔壁３０６には供給管を介してポンプ３０７が接続されており、隔壁３０６内にポンプ３０７から液体Ｗが供給される。より詳細には、隔壁３０６内の液体Ｗは、ポンプ３０７、および破砕片等を除去する不図示のフィルタ装置を経由して循環する。ポンプ３０７から供給された液体Ｗは、隔壁３０６内で物体Ｔの照射ポイントＰを取り囲む領域に向かって噴出される。照射ノズル３０３は、ほぼ水平に向いて配置されており、先端側が隔壁３０６に入り込んで、物体Ｔの照射ポイントＰを向いている。照射ノズル３０３の内部は、レーザビームＬのビーム径に相応した形状を有している。より詳細には、照射ノズル３０３の内部は、内径がレーザビームＬの収束点近傍で最小となるよう、両端部分よりも中央寄りの部分が絞られた形状となっている。照射ノズル３０３の内部は、気層および液相が照射ノズル３０３の延伸方向つまりレーザビームＬの進行方向について２分される程度に細いため、照射ノズル３０３内の気層圧をポンプ３０４で調整することで、気層ー液相界面の位置を目標位置に維持することができる。この加工装置３００は、物体Ｔが、垂直または斜めの壁状であっても加工できる。
【０１２１】
また、これまで説明した実施形態には、本発明にいう気体供給部の例としてポンプが示されている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、気体供給部は、例えば、圧搾気体が充填されたボンベとバルブの組合せであってもよい。
【０１２２】
また、これまで説明した実施形態には、本発明にいうノズルの例として、先端部分が液中に配置された照射ノズルが示されている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、ノズルは全部が液中に配置されたものであってもよい。
【０１２３】
また、上述した実施形態には、本発明にいうビーム生成部およびビーム伝送部の例として、照射ノズルの上に配置されたビーム生成部およびビーム伝送部が示されている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、ビーム生成部およびビーム伝送部の配置は加工対象や加工環境に応じて種々の形態が採用され得る。例えば、ビーム生成部は液体の上から離れた場所に配置されていてもよい。
【０１２４】
また、本発明にいう物体加工方法および加工装置は、上述した各実施形態の要素を組み合わせたり、入れ替えしたりして構成されたものであってもよい。
【０１２５】
また、本発明の加工対象は岩石に限られるものではなく、水中岩盤・岩石の加工に適用でき、また、岩石を骨材とするコンクリート、金属材料の加工にも適用できる。
【０１２６】
本発明は、建設・土木分野、原子力設備解体分野、放射能除染分野においてレーザを用いて水中加工物の加工を行う場合に適用できる。
【符号の説明】
【０１２７】
１，３，７，８，９，１００，２００，３００    加工装置
１１,１１１    ビーム生成部
１２，１１２    ビーム伝送部
１３，３３，４３，５３，６３，７３，８３，９３，１１３，２１３    照射ノズル
１３ａ，３３ａ，９３ａ，１１３ａ，２１３ａ    開口
３３ｂ，７３ｂ，８３ｂ，１１３ｂ    後端
７４，９６，１１４    ポンプ
８４，２１８    レンズ
９５，１１５    噴出口
Ｌ    レーザビーム
Ｂ    （レーザ誘起）気泡
Ｔ    物体
Ｗ    液体
【図１】
2013198933.tif 000006
【図２】
2013198933.tif 000007
【図３】
2013198933.tif 000008
【図４】
2013198933.tif 000009
【図５】
2013198933.tif 000010
【図６】
2013198933.tif 000011
【図７】
2013198933.tif 000012
【図８】
2013198933.tif 000013
【図９】
2013198933.tif 000014
【図１０】
2013198933.tif 000015
【図１１】
2013198933.tif 000016
【図１２】
2013198933.tif 000017
【図１３】
2013198933.tif 000018
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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